Puente H con seguidores de emisor

Actualmente estoy realizando ingeniería inversa en un circuito que requiere el control de un campo magnético. Para eso, el circuito tiene un par de D882 y B772 cada uno. Las trazas de PCB sugieren que los transistores están dispuestos como se muestra en la imagen a continuación: Esta disposición no tiene ningún sentido para mí. ¿La aplicación de un voltaje a cualquiera de las señales de control no generaría corriente a través de ambos transistores en lugar de a través de las bobinas?

Eso se llama un "Puente H".

A menudo se usa para conducir motores hacia adelante y hacia atrás.

En su caso, le permite generar un campo magnético cuya polaridad e intensidad puede variar utilizando "señal de control 1" y "señal de control 2".

Cuando ambos son altos (o ambos son bajos), no fluye corriente a través de la bobina.

Si uno es alto y el otro es bajo, la corriente fluirá en una dirección particular.

Si intercambias los altos y bajos, fluirá en la dirección opuesta.

Ahora, si mantiene uno estable y pulsa el otro, obtendrá una corriente pulsada a través de la bobina. La bobina la suavizará (un poco) a un campo magnético estable cuya fuerza es propicia al ciclo de trabajo de los pulsos.

Cambiar la polaridad de la corriente también cambia la polaridad del campo magnético.

Es una descripción muy simplificada, pero creo que contiene suficientes palabras clave para que pueda localizar más detalles por su cuenta.

Es un circuito común con muchos usos, y muchos trucos y trampas que intervienen en su fabricación, uso y control.

Un poco más sobre cómo funciona:

La clave de todo esto es cómo funcionan los transistores pnp y npn.

Cuando el voltaje en la base de un transistor npn es más de 0.7 voltios por encima del voltaje en el emisor, entonces la corriente fluirá a través del colector al emisor.

Cuando el voltaje en la base de un transistor pnp es más de 0.7 voltios por debajo del voltaje en el colector, entonces la corriente fluirá a través del colector hacia el emisor.

Entonces, al mirar el puente H, poner una señal alta en una de las señales de control apagará el pnp y encenderá el npn: ese lado del puente está conectado al voltaje de suministro positivo.

Ahora, si coloca una señal baja en la otra línea de control, el transistor npn se apagará y el pnp se encenderá. Ese lado del puente está conectado al suelo.

La corriente ahora puede fluir desde V + en un lado del puente, a través de las bobinas, a tierra en el otro lado del puente.

Entonces, qué señal de control es alta y cuál es baja dicta la dirección del flujo de corriente a través de la carga en el medio del puente.

También preguntó si es posible que ambos transistores de un lado se enciendan y provoquen un cortocircuito.

Puede suceder, y se llama disparar. Parte del diseño y la operación de un puente H se asegura de que no suceda.

En el diseño que ha publicado, no creo que pueda suceder.

Me parece que los transistores de cada lado nunca pueden estar encendidos al mismo tiempo. Pero no soy ingeniero y bien podría haber supervisado algo (aunque Tony es ingeniero y no cree que pueda suceder con este circuito).

NO

El Vbe tiene una zona muerta para niveles de manejo de <| +/- 0.7V | sin embargo, se producirá un retroceso EMF durante el tiempo de carga L / R = T (63% V) donde R es la resistencia de CC de las bobinas (DCR)

tenga cuidado con la necesidad de sujetar picos inductivos al riel opuesto con pares de diodos zener + a través del motor o diodos Vce inversos a través de cada transistor. En diseños más avanzados usan abrazaderas activas. Tenga cuidado con la energía reactiva y el área del circuito de corriente en el diseño. Mantenga los pares apretados del conductor, la alimentación, tierra a L para minimizar el ruido CM

Sin embargo, cuando se conmuta de izquierda a derecha para avanzar y retroceder. Debe detenerse haciendo que los controladores superiores o inferiores sean altos (o bajos) para derivar la constante de tiempo L / R = T con otro tiempo muerto de freno antes de la inversión de dirección. Esto lo hace su controlador inteligente usando Sig1 = Sig2 = 0 o 1. Si esto no es un motor, no lo tenga en cuenta.

Al regular la corriente si el lado izquierdo es alto, el lado derecho se usa para el voltaje promedio PWM para controlar la corriente o la velocidad de sobretensión en estado estacionario. Luego, al invertir la polaridad de la carga, se hace lo contrario. Lado derecho alto y lado izquierdo con PWM en rampa hacia Vavg completo en la polaridad opuesta. Si este es un motor, entonces lo mismo es cierto para desacelerar. A menudo, se utiliza una derivación de corriente para la detección de corriente, donde la inercia de la carga afecta la corriente durante la duración del tiempo g.

También tenga en cuenta que estos simples interruptores de transistor tienen un hFE de aproximadamente 10 ~ 5% del máximo hFE durante la saturación, por lo que la corriente de entrada y la disipación de calor deben calcularse. mientras que la señal de control debe estar por encima de + 12V o se produce una caída adicional debido a Vbe. Esta es la razón por la cual se prefieren los MOSFET, pero tienen problemas de disparos como si fueran colectores abiertos en lugar de seguidores de emisores. ENTONCES las 2 entradas deben estar separadas por 4 entradas con tiempo muerto controlado.

Este es el controlador de puente más simple, pero compromete Vdrop en cada interruptor, pero está bien para puentes pequeños a 12V. A pesar de que puede funcionar a 5V, no se recomienda por poca eficiencia.

En cada lado tiene un transistor NPN y PNP. Si los niveles de voltaje de control se seleccionan correctamente, los transistores NPN y PNP no se encenderán al mismo tiempo.

¿Hay una señal PWM en control o un diseño analógico de OPAmp? Este circuito se parece a un puente analógico clase B Booster. Un H PWM complementario equivalente generalmente necesita que cada transistor se accione por separado y se sature, este siempre está en una zona lineal, VCE nunca puede alcanzar la saturación. En los puentes PWM H, se prefiere el emisor común al colector común; Es más sencillo saturar cada transistor de puente sin voltajes de suministro adicionales. Common Collector tiene la desventaja de propagar BEMF a la conducción BASE, esto puede destruir al conductor.

Algunas de las respuestas anteriores hacen declaraciones correctas, pero ninguna respuesta única responde satisfactoriamente a la pregunta.

@JRE tiene razón en que llamamos a esta topología de circuito un puente H, que se usa comúnmente para controlar motores y cómo establecería las líneas de control para operar un motor.

@TonyEErocketscientist tiene razón en que necesita algo para disipar la corriente cuando se apaga la carga inductiva. Su sugerencia de diodos zener consecutivos, en paralelo con la carga, es la mejor solución. Si la corriente es pequeña, también podría escapar con un condensador no polarizado.

En un comentario, @immibis indica correctamente que cada transistor individual está conectado en un seguidor de emisor. En otras palabras, la salida está conectada al emisor del transistor, en lugar del colector. La salida sigue el voltaje de la entrada, dentro de una caída de voltaje de diodo.

Los transistores en los seguidores del emisor SÍ permanecen encendidos , excepto cuando el voltaje de entrada está cerca de los rieles de suministro. Debido a esto, los seguidores del emisor son conocidos por desperdiciar energía y necesitar disipadores de calor. El corazón de un regulador de voltaje lineal es un seguidor de emisor, y estos reguladores son conocidos por ser ineficientes y requieren disipadores de calor. La lógica de acoplamiento de emisor (como la que se utilizó en las supercomputadoras Cray) utiliza seguidores de emisor para cambiar las señales digitales. ¡La producción de calor en el Cray fue tan mala que la unidad de refrigeración era más grande que la electrónica! Y el tercer ejemplo de seguidores de emisores es un ...

Amplificador de clase B, que @ RRomano010 señala. Están hechos por dos seguidores de emisor, con un transistor NPN que tira hacia el riel alto y un transistor PNP que tira hacia el riel bajo. Eso es lo que tenemos aquí. Se usan comúnmente como la etapa de salida de los amplificadores de audio para conducir altavoces, son ineficientes y requieren un amplio disipador de calor.

Si absolutamente debe conducir su carga inductiva con una señal analógica (es decir, PWM no es aceptable), entonces el circuito presentado en la pregunta es un diseño correcto que apenas funcionará (aunque agregaría los diodos de protección de @ TonyEErocketscientist). Obtendrá cierta distorsión cruzada debido a las compensaciones de voltaje del diodo; estos pueden compensarse de la misma manera que se hace en un amplificador de clase AB.

Si está conduciendo su carga con./desc. O con PWM, entonces es un diseño ineficiente. La forma habitual de hacer un puente H es con los transistores PNP tirando hacia el riel alto y los transistores NPN tirando hacia el riel bajo. En otras palabras, intercambie los transistores NPN en este circuito con PNP, y viceversa. Sin embargo, necesitará resistencias en cada base de transistor. Quizás el diseñador de este circuito estaba tratando de evitar los componentes adicionales, lo que también explicaría la falta de diodos de protección. Asegúrese de colocar también esos diodos de protección.

O simplemente puede usar un chip de puente H, donde otra persona se ha ocupado de estos problemas por usted.